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計算機技術在材料科學中的應用
材料科學作為發(fā)展尚未成熟的新興學科，目前其研究大多依靠事實及經(jīng)驗的積累，以下是小編搜集整理的一篇探究計算機在材料科學中的應用領域的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要
現(xiàn)如今，我國各產(chǎn)業(yè)都朝向精細化和完整化的趨勢發(fā)展，因此計算機技術的應用必不可少，且對其需求不斷提高。另一方面，應用于各領域的材料科學也逐漸引起人們的重視。在此背景下，本文綜合分析討論了計算機在材料科學中的應用領域，及其實際應用的方向，以期進一步推進計算機在材料科學中的發(fā)展。
關鍵詞
計算機、材料科學、應用
計算機作為電子信息時代的基本工具，在我們生活的各個領域均起著極為重要的作用，在材料科學的相關研究中發(fā)揮的作用也越來越重要，例如鋼鐵行業(yè)的測量高爐內(nèi)的溫度、監(jiān)控高爐內(nèi)流體的運動以及對高爐使用壽命的推測等都依賴于計算機的操控�，F(xiàn)如今我國各產(chǎn)業(yè)大多向精細化和完整化的趨勢發(fā)展，對計算機的需求不斷提高。由此，不難看出計算機在材料科學中的應用有著廣闊的前景。那么，如何充分利用計算機使材料科學的研究發(fā)展達到一個新的高度呢?這就要求我們對計算機、材料科學以及二者關系有充分的認知，并認真分析探索計算機在材料科學研究領域的應用方向，結合計算機的優(yōu)勢，更好地發(fā)展材料科學。
1.計算機在材料科學中的應用領域
1.1計算機用于新材料的設計
通常情況下，新材料的設計與制作是通過理論分析和計算，對新材料的組成成分、結構外觀及性能等方面進行預報，然后結合材料設計方案制作具有特定性能或結構的新材料。材料設計主要通過多次重復實驗，進行大面積篩選的方式來完成的，時間周期較長，且大量消耗人力、物力。因此，運用人工智能方法識別計算機中預先建立的知識庫、數(shù)據(jù)庫，歸納大批量的物理化學理論和實驗資料，并以此作為理論輔助，再結合實驗驗證的手段進行材料設計的方法受到人們的青睞，是材料科學領域內(nèi)進行研究探索的主要方向。材料設計按照空間尺寸以及設計的對象，通常分為微觀設計層次、介觀設計層次、宏觀設計層級三個層級。其中，微觀設計層次的尺度大致為1nm數(shù)量級，屬于電子、原子或分子層次的微觀結構設計;介觀設計層次的尺度大致為1um數(shù)量級;宏觀設計層級的尺度與宏觀材料相對應。
1.2材料科學中的計算機模擬
現(xiàn)今，在許多新穎算法的模擬技術基礎上，利用具有強大計算能力的計算機，能夠大幅度提高材料科學中的細致程度和精確程度，可對物質(zhì)內(nèi)部情況有更深層次的研究。因此，計算機在材料科學研究中的應用越來越受到重視，并衍生出計算材料科學這一學科。材料科學相關研究人員常應用計算機對真實系統(tǒng)進行相關模擬實驗，并利用計算機所提供的模擬實驗結果，以展開新材料的研究工作。另一方面，計算機模擬在材料科學中的應用十分廣泛，模擬對象涉及材料研制到材料使用的各個過程，例如材料合成、材料結構、材料性能以及制備和使用等。計算機模擬技術應用于材料科學研究中具有極大優(yōu)勢，不但可進行各類實驗的模擬，還可對材料內(nèi)部微觀性質(zhì)、宏觀力學行為均有跟深層次的了解，且可在制備前提前預測新材料的性能，提供強大的理論指導。
1.3材料與工藝過程的優(yōu)化及自動控制
在材料科學研究中，相關加工技術的發(fā)展主要通過控制技術的發(fā)展進步來體現(xiàn)，由電子計算機和可編程控制器等電子設備在材料加工過程中應用越來越廣泛便可明顯看出這一發(fā)展趨勢。在材料的加工制作過程中，充分使用計算機技術可有效降低勞動強度，提高材料產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，同時增加產(chǎn)量。除此之外，還可通過計算機來優(yōu)化控制材料加工制備的工藝過程，例如，建立有關材料的工藝數(shù)學模型后，利用計算機對其進行模擬，可通過計算機精確有效地控制滲碳滲氮的全過程。在材料制備過程中，可通過計算機精確控制相關制備過程，如在對材料表面進行熱處理過程中，對爐溫進行精確的自動控制等。
1.4計算機用于數(shù)據(jù)與圖像處理
材料科學因其本身的特性，借助計算機的存儲功能、數(shù)據(jù)和圖像處理功能，可以在大量保存數(shù)據(jù)基礎上，對這些數(shù)據(jù)進行高效的歸納、整理，例如計算、繪圖等。另外，可進行快速查詢，如材料的性能與其聚集狀態(tài)的關系十分密切，通常需利用光學顯微鏡和電子顯微鏡技術，以二維圖像的形式顯示材料的凝聚結構狀態(tài)。在此過程中，可利用計算機的圖像分析處理功能進行材料功能的相關研究，獲取晶體大小、聚集方式等有效的結構信息，并將其與涉及的性能相聯(lián)系，對材料的結構研究具有指導意義。目前，存在大量進行材料數(shù)據(jù)處理的軟件，如X衍射數(shù)據(jù)處理、最小二乘法數(shù)據(jù)處理、DPS數(shù)據(jù)處理、Origin、Excel等。
2.計算機在材料科學中的實際應用
2.1有效差分法
有限差分法是利用泰勒級數(shù)展開等方式，用網(wǎng)格節(jié)點上的函數(shù)值的差商來代替控制方程中的導數(shù)，并利用此方法實現(xiàn)連續(xù)函數(shù)的離散化，并利用有限的、離散的數(shù)值代替原有的連續(xù)函數(shù)分布。
2.2材料數(shù)據(jù)庫與知識庫
因工程材料種類多且特性強的特點，材料的組成成分、結構特點及特殊性能等信息共同構成了一個極為龐大的體系，給材料研究人員的查詢和研究工作帶來極大不便，因此利用計算機建立不同類型的材料數(shù)據(jù)庫就顯得尤為重要。數(shù)據(jù)庫儲存具體的數(shù)據(jù)值，有智能查詢功能，便于材料工作者進行查詢;知識庫主要存儲規(guī)則、規(guī)律等信息，可通過相應的數(shù)理模型進行推理、運算，提供材料的性能等方面的數(shù)據(jù)，便于工作者對材料性能的把控。
2.3材料科學研究中主要物理場的數(shù)值模擬
利用計算機可結合材料加工過程中的傳熱、力學問題和內(nèi)部原子的遷移等方面內(nèi)容，進行模擬場設計;并采用模擬場的方式，利用有限元分析法進行“傳熱傳質(zhì)過程”的數(shù)值模擬。
3.結語
綜上所述，材料科學作為發(fā)展尚未成熟的新興學科，目前其研究大多依靠事實及經(jīng)驗的積累，沒有較為完備的系統(tǒng)。而計算機在材料科學中的充分應用，可使材料科學的研究發(fā)展更為系統(tǒng)化，達到一個新的高度。因此，科學研究工作者應提高對計算機、材料科學以及二者關系的認知，并認真分析探索計算機在材料科學研究領域的應用方向，結合計算機的優(yōu)勢，更好地發(fā)展材料科學。
參考文獻
[1]張志涌.精通Matlab6.5版[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.
[2]盧百平，鐘仁顯.分子動力學在材料科學中的應用[J].鑄造技術，2007，28(1)：146-148.
拓展閱讀：計算機技術在建筑材料檢測中的應用論文
摘要：
本文主要從收樣、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督過程等方面闡述了計算機技術在建筑材料檢測中的應用，并在此基礎上，提出了一些計算機網(wǎng)絡檢測技術在實際應用中的建議，希望夠為建筑材料檢測提供一定的幫助。
關鍵詞：
計算機技術;建筑材料檢測;應用
引言
在建筑工程中，計算機系統(tǒng)的作用非常廣泛，尤其是在建筑工程的質(zhì)量監(jiān)測方面。由于建筑工程的質(zhì)量與人民與社會的利益息息相關，所以，采用計算機技術對建筑材料進行監(jiān)測，可以有效的提高其準確度，保證建筑工程質(zhì)量。
1、計算機技術的技術原理與特點
計算機網(wǎng)絡應用于建材檢測的設計構架是以內(nèi)部管理為著手點，檢測的日常工作，建立檢測管理系統(tǒng)，設置記錄檢測狀態(tài)和網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤，依據(jù)業(yè)務需要實現(xiàn)廣域網(wǎng)的互聯(lián)。對于以上所敘述的管理內(nèi)容，要想完全實現(xiàn)，就要解決網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)、檢測管理系統(tǒng)、實驗室間聯(lián)網(wǎng)的技術的問題。其中，檢測管理系統(tǒng)與試驗機及檢測中心內(nèi)部各個作業(yè)部門的終端計算機聯(lián)系在一起，組成了整個檢測運行環(huán)境。檢測管理系統(tǒng)能夠完成對檢測試驗數(shù)據(jù)的完整處理，主要有原始數(shù)據(jù)的采集，試件的收登處理以及對測試數(shù)據(jù)按照國家有關的現(xiàn)行標準及規(guī)程進行評定、處理。
計算機網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾方面：全面實行保密操作，也就是對每位用戶設置權限，并且必須有相應的權限才可以進入各模塊的操作;實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化;具有實驗室所需要的基本管理和統(tǒng)計功能，也就是評定結果、自動計算，打印已交費報告以及強大的統(tǒng)計和查詢功能;操作實行流水作業(yè)，完整再現(xiàn)檢測過程;為了確保數(shù)據(jù)的儲存和安全保護，要對系統(tǒng)進行定期拷貝、備份。
2、計算機技術在建筑材料檢測中的應用
計算機技術在建筑材料中的應用包括收樣、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、對整個采集過程的監(jiān)督出具報告等各個方面，下面是具體的分析：
2.1、收樣
一般是由收養(yǎng)人員下達的擁有相應數(shù)據(jù)的委托單，檢測人員根據(jù)委托單進行材料檢測。在收樣階段，通過計算機技術的應用，使整個檢測工作具有系統(tǒng)性，整個工作的處于有效的工作狀態(tài)下，在進行材料收樣時，對各個檢測材料可以進行自主編號，這樣可以保證每個號碼的唯一性，避免因號碼重復帶來檢測數(shù)據(jù)的混亂。
2.2數(shù)據(jù)采集
在利用計算機進行數(shù)據(jù)采集時，我們可以采用數(shù)據(jù)采集儀或者相類似的數(shù)據(jù)采集設備，這類采集設備精度高，采集數(shù)據(jù)密集有效，能保證采集數(shù)據(jù)的真實性。
2.3數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理是整個材料檢測中的關鍵一環(huán)，數(shù)據(jù)處理模塊包括眾多子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)應該具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)判斷并生成檢測報告的功能。數(shù)據(jù)處理模塊的大小、復雜程度完全取決于子系統(tǒng)，一個數(shù)據(jù)處理模塊應該有若干個檢測數(shù)據(jù)分項和一個總體評價模塊組成建筑材料檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)之間相互獨立互不影響。每個子系統(tǒng)都有數(shù)據(jù)輸入模塊，數(shù)據(jù)處理模塊、檢測結果輸出模塊、數(shù)據(jù)庫、查詢模塊等組成。對于建筑材料來說，檢測的內(nèi)容眾多常見的有：混凝土的抗壓強度、混凝土的配合比、混凝土的水灰比、鋼筋原材、鋼筋的焊接、混凝土的外加劑、混凝土的彈性模量、水泥的質(zhì)量等隨著新產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代及先進的科技水平的推進，建筑材料的檢測數(shù)據(jù)系統(tǒng)也相應的發(fā)生改變，需要對檢測的指標和檢測內(nèi)容進行升級。
2.4監(jiān)督過程
通過引入計算機控制系統(tǒng)，可以對材料檢測的各個環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)控，計算機具有實時拍攝及存盤的功能，在檢測過程中或者檢測審查過程中可以及時的發(fā)現(xiàn)檢測問題，對整個檢測過程進行全面的追蹤。網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)主要對一些破壞性試驗項目如砂漿、混凝土、水泥等檢測項目的試件工作情況進行拍攝，并且要求試件破壞過程與原始數(shù)據(jù)的生成曲線同步、對應。
2.5實驗室與實驗室之間的數(shù)據(jù)交換
實驗室與實驗室之間的數(shù)據(jù)交換是通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)的，通過數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，技術人員能夠做到在不親臨現(xiàn)場的情況下對檢測工作進行遠程監(jiān)督，這樣不僅能節(jié)省工作人員的時間還能夠節(jié)約成本。目前，實驗室聯(lián)網(wǎng)的遠程數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)有很多模式，但最常用和最經(jīng)濟的方式為使用SQL型數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，其最大的優(yōu)點是每個服務站點原有的C/S架構程序不用修改，只需增加數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)就可以實現(xiàn)。其基本思想是在互聯(lián)網(wǎng)中設置轉(zhuǎn)發(fā)服務器，各站點通過轉(zhuǎn)發(fā)服務器交換數(shù)據(jù)。
2.6出具報告
在進行檢出材料檢測時，要出具相關的檢測報告。計算機系統(tǒng)可以提供規(guī)范、標準的數(shù)據(jù)監(jiān)測報告。數(shù)據(jù)監(jiān)測報告是為工程建設過程中以及竣工后的質(zhì)量監(jiān)測提供依據(jù)，所以，對數(shù)據(jù)的每次監(jiān)測都要提供具有準確監(jiān)測結果的數(shù)據(jù)報告給建筑單位。將監(jiān)測數(shù)據(jù)以計算機可以識別的方式進行錄入，并用相關的表格數(shù)據(jù)處理軟件，如excel等，計算機系統(tǒng)就可以按照固定的格式打印出數(shù)據(jù)監(jiān)測報告，如果表格發(fā)生變化，計算機系統(tǒng)也會做出相應的格式變化，將數(shù)據(jù)監(jiān)測報告按照統(tǒng)一的規(guī)范、標準進行要求。
3、對計算機網(wǎng)絡檢測技術在實際應用中的幾點建議
3.1、建立科學試驗室管理制度
檢測試驗管理工作是建筑材料質(zhì)量測試過程重要環(huán)節(jié)，在計算機化管理過程中稍有疏忽將會導致系統(tǒng)數(shù)據(jù)全部錯亂或丟失。因此，科學建立試驗管理制度是實現(xiàn)計算機化管理的首要任務。在幾年的計算機化管理中，我站試驗室制訂出相應的《工作崗位責任制》，進入試驗前的《儀器設備檢查制度》、《計算機操作及網(wǎng)絡運行檢查制度》，為防止中途計算機自動錄入因停電或軟件出現(xiàn)故障而造成數(shù)據(jù)的丟失，配備相應的切合不間斷電源、數(shù)據(jù)自動錄入電腦并打印(打印自動錄入的當前數(shù)據(jù))和光盤備份，使計算機系統(tǒng)處于一種更科學又安全的良好狀態(tài)下運行。
3.2、加強審核的自動化程度
當前，檢測管理系統(tǒng)的操作中，由于“報告審核”還處在人工核查階段，所以在檢測業(yè)務較多的時候，工作量就會顯得非常大，再加上電腦屏幕顯示的特別多的信息內(nèi)容，就造成報告錯誤難以識別，進而使有著較大的審核出錯率。因此，要加強檢測管理系統(tǒng)審核的自動化程度，設置一些自動更正功能或自動識別功能，為審核人員自動提示經(jīng)常出錯的情況或比較較明顯的異常檢測數(shù)據(jù)。
3.3、探索更合適的建材檢測軟件
目前，實驗室聯(lián)網(wǎng)使用較多的是利用互聯(lián)網(wǎng)中設置轉(zhuǎn)發(fā)服務器的方式，這種方式雖然經(jīng)濟方便，但是其傳輸技術不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的安全性也不高，在實際運行中，當數(shù)據(jù)量很大時，整個傳輸路徑就會常常發(fā)生“阻塞”現(xiàn)象。例如，當計算機運作過程中出現(xiàn)故障時，計算機管理員不能對軟件進行維護。電腦管理員只能依據(jù)軟件開發(fā)商進行維護，這樣就會很難及時進行維護。除此以外，當客戶需要修改個別項目或增加個別項目功能時，沒能提供非常好的擴充接口。即使通過遠程進行維護，其傳送和修改過程也非常費時費力。所以，現(xiàn)階段各軟件開發(fā)部門應該探索更適合建材檢測特點、經(jīng)濟實惠又方便快捷的網(wǎng)絡傳輸技術。
結語
工程質(zhì)量與建筑材料的質(zhì)量有著密切的關系，以此，必須保證建筑材料質(zhì)量，做好建筑工程材料檢測、實驗、與監(jiān)督。在材料的檢測上，實驗室已經(jīng)相當完善，但是在實驗室的管理上還存在一些問題，其數(shù)據(jù)無法保證真實性和準確性。計算機技術的引入為實驗室的管理提供了重要的依靠，使得實驗室的管理更加科學合理，數(shù)據(jù)更有保障。
參考文獻：
[1]裘威,陳華龍.計算機技術在建筑工程中的應用[J].科技廣場,2006,02:81-82.
[2]李艷寧,王忠順,趙倩云,王永洪,傅星,胡小唐.計算機技術在建筑材料動態(tài)彈性模量測量上的應用[J].無損檢測,2007,03:125-127.
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